HTW Chur: Telekommunikation und Informatik: Physik      

P8.09: Optik: Beugung, Polarisation, Doppelbrechung

Lernziele:

  • Die Beugung am Gitter und am Spalt kennen und erklären können.
  • Einfache Berechnungen bei der Beugung am Gitter ausführen können (z.B. Wellenlänge aus dem Ablenkwinkel und der Gitterkonstante)
  • Wissen, dass Licht polarisierbar ist und die Konsequenzen daraus kennen.
  • Die Doppelbrechung von Licht durch bestimmte Materialien kennen.

Ablauf:

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Einführung

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Beugung:
Einführende Experimente: Beugung am Spalt, Beugung am Gitter
Beugung von Wellen in der Wellenwanne

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Beobachtungen an Experimenten: (Zeit: 90 Minuten)
Sie sollen alle Stationen besuchen. Planen Sie Ihr Vorgehen (ev. mit Kollegen in einer Gruppe).
 
A: Beugung am Gitter: (Dunkelkammer rechts)
Es stehen zwei Gitter zur Verfügung, das eine ist mit 600 Linien pro mm angeschrieben, beim anderen fehlt die Beschriftung. Die beiden Gitter sind im Objekthalter montiert, welcher in den Strahlengang eingeschwenkt werden kann. Die Beleuchtung kann gleichzeitig mit weissem Licht und mit rotem Laserlicht (Laser nicht verschieben, nicht in den Strahl blicken!) erfolgen.
Lesen Sie im Metzler S. 296 - 297 den Text zu "Beugung und Interferenz am Gitter und beobachten Sie das Gittersprektrum bei beiden Gittern im weissen und im roten Licht. 
Hat das nicht beschriftete Gitter mehr oder weniger Linien als das beschriftete? Wieviele Linien etwa könnte es haben?
 
B: Polarisation: (L 28)
Das Polarisationsgerät besteht aus einer Lichtquelle (wahlweise weisses oder rotes Licht) und zwei drehbaren Polarisationsfiltern. Zwischen den Filtern ist ein Haken aufgehängt, auf den sich mit dem Hebel links eine (wohl dosierte) Kraft ausüben lässt.
Lesen Sie im Metzler den Text auf S. 312 zur "Polarisation".
Verdrehen Sie die Polarisationsfilter (Polarisator/Analysator) gegeneinander und beobachten Sie das durchfallende Licht.
Ueben Sie eine Kraft auf den Haken aus und beobachten Sie jetzt. Protokollieren Sie Ihre Versuche (Einstellung/Ergebnis) (Vergleichen Sie mit den Bildern in Metzler S. 316)
 
C: Polarisation durch Reflexion (L 26)
Ein Lichtstrahl fällt durch ein Polarisationsfilter auf eine Glasplatte. Bei geeigneter Stellung des Polarisationsfilters und bei geeignetem Einfallswinkel auf die Glasplatte wird der Strahl vollständig ausgelöscht. 
Wie muss die Polarisationsrichtung des Filters zur Spiegelebene stehen und wie gross ist etwa der Einfallswinkel für die totale Auslöschung?
Lesen Sie dazu im Metzler S. 313 den Text zur "Polarisation durch Reflexion".
 
D: Polarisation durch Doppelbrechung (Dunkelkammer links)
Ein Lichtstrahl fällt durch eine Lochblende, welche durch eine Linse auf die Wand abgebildet wird. Im Strahlengang befindet sich ein Kalkspatkristall und ein Polarisationsfilter (Analysator). 
Was beobachten Sie, wenn das Polarisationsfilter gedreht wird? Schreiben Sie Ihre Beobachtung in einigen Zeilen auf.
Lesen Sie dann den im Metzler S. 315 Text den Text zur "Doppelbrechung und optische Aktivität"
 
E: Beugung in der Wellenwanne (L 26)
In der Wellenwanne können Wellenfronten auf einen Spalt, einen Doppelspalt, ein Gitter, ein Hindernis unterschiedlicher Art gesandt werden. Beobachten Sie die Erscheinungen hinter dem Hindernis und protokollieren Sie Ihre Beobachtungen.

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Literatur:

Metzler Physik
S. 296ff. Beugung
S. 312 ff. Polarisation

Links:

Beugung am Gitter (benötigt QuickTime): http://www.physik.tu-berlin.de/institute/IFPL/IBE/gitter.html
Optische Rotation: http://marlowe.uni-paderborn.de/~frauke/diplom/node15.html
Flüssigkristalle : http://www.wk.go.dlr.de/~jacobs/publications/dlr/main/node23.html

22.11.2001 kn